DE2445041A1 - SHAFT COUPLING IN PARTICULAR FOR GAS TURBINE JETS - Google Patents

SHAFT COUPLING IN PARTICULAR FOR GAS TURBINE JETS

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DE2445041A1
DE2445041A1 DE19742445041 DE2445041A DE2445041A1 DE 2445041 A1 DE2445041 A1 DE 2445041A1 DE 19742445041 DE19742445041 DE 19742445041 DE 2445041 A DE2445041 A DE 2445041A DE 2445041 A1 DE2445041 A1 DE 2445041A1
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shaft
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John Kenneth Rhodes
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Rolls Royce PLC
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Rolls Royce 1971 Ltd
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    • Y10T403/7056—Threaded actuator

Description

Rolls-Royce (1971) Limited,London/EnglandRolls-Royce (1971) Limited, London / England

Wellenkupplung insbesondere für GasturbinenstrahltriebwerkeShaft coupling especially for gas turbine jet engines

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kupplung zweier drehbarer Wellen z.B. zur Kupplung zweier Abschnitte, die zusammen eine Hauptwelle eines Gasturbinenstrahltriebwerks bilden.The invention relates to a device for coupling two rotatable shafts, e.g. for coupling two sections, which together form a main shaft of a gas turbine jet engine.

Es ist bekannt, Wellen von Gasturbinenstrahltriebwerken aus zwei oder mehreren getrennten Abschnitten herzustellen, um den Zusammenbau der übrigen Teile des Triebwerks zu erleichtern. Zu diesem Zweck sind zahlreiche Arten von Kupplungen entwickelt worden, die die getrennten Wellenabschnitte miteinander verbinden. Die meisten dieser Kupplungen haben entweder die Gestalt von zusammenarbeitenden Keilnuten oder sie besitzen Stiftverbindungen, die mit Verriegelungen versehen sind, welche gewährleisten, daß die Wellenabschnitte nicht voneinander gelöst werden, wenn sie in Betrieb befindlich sind. Eines der Hauptprobleme die sich bei derartigen Verbindungen ergeben besteht darin, daß im Betrieb die Wellenabschnitte um die Kupplung als Gelenk schwingen, wodurch sich eine übermäßige Abnutzung und sogar eine Beschädigung der Kupplung ergibt.It is known to manufacture shafts of gas turbine jet engines from two or more separate sections in order to to facilitate the assembly of the remaining parts of the engine. There are numerous types of couplings for this purpose have been developed that connect the separate shaft sections together. Most of these clutches have either in the form of cooperating keyways or they have pin connections provided with interlocks which ensure that the shaft sections are not detached from one another when they are in operation. One of the main problems that arise with such connections is that the shaft sections to the coupling swing as a hinge, causing excessive wear and even damage to the coupling.

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Dies ist natürlich höchst unerwünscht, insbesondere wenn eine solche Kupplung bei einem Flugzeug-Gasturbinensträhltriebwerk benutzt wird.This is of course highly undesirable, particularly when such a clutch is used on an aircraft gas turbine jet engine is used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wellenkupplung zu schaffen, die einer solchen Gelenkkippbewegung nicht ausgesetzt ist.The invention is therefore based on the object of a shaft coupling to create that is not exposed to such a joint tilting movement.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Wellenkupplung mittels.derer es möglich wird, einen Wellenabschnitt achsial relativ zu dem anderen Wellenabschnitt zu verschieben, ohne daß es notwendig wäre, die gesamte Kupplung zu demontieren.The invention also aims to create a shaft coupling by means of which it is possible to use a shaft section to move axially relative to the other shaft section without it being necessary to move the entire coupling to dismantle.

Die Erfindung geht aus von einer Wellenkupplung mit einem ersten Wellenabschnitt und einem zweiten Wellenabschnitt, wobei der erste Wellenabschnitt als Hohlwelle ausgebildet ist und achsial verlaufende Innenkeilnuten besitzt, die mit einer weiteren Gruppe von Keilnuten zusammenwirken, die am äußeren Umfang des anderen Wellenabschnitts angeordnet sind.The invention is based on a shaft coupling with a first shaft section and a second shaft section, wherein the first shaft section is designed as a hollow shaft and has axially extending internal keyways, which with a cooperate another group of splines which are arranged on the outer circumference of the other shaft section.

Gemäß der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß die Wellenabschnitte durch zwei Ringe gegen eine relative Achsialbexfegung gesichert sind und daß die Ringe auf einem Wellenabschnitt gelagert und mit sich verjüngenden Oberflächen ausgestattet sind, die mit entsprechend verjüngt ausgebildeten Oberflächen des anderen Wellenabschnitts zusammenwirken und daß Mittel vorgesehen sind, um die Ringe auf den einen Wellenabschnitt zu schieben und zu verriegeln.According to the invention, the arrangement is made such that the shaft sections by two rings against a relative Axial mounting are secured and that the rings on a Shaft section are mounted and equipped with tapered surfaces, which are designed with correspondingly tapered Surfaces of the other shaft section cooperate and that means are provided to the rings on the to slide and lock a shaft section.

Vorzugsweise sind die Ringe an dem Wellenabschnitt durch Sehraubmuttern festgelegt, die auf einem Schraubgewinde desThe rings are preferably fixed to the shaft section by very screw nuts that are attached to a screw thread of the

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einen Wellenabschnitts laufen und die einander entsprechenden sich verjüngenden Oberflächen der Ringe bzw, des anderen Wellenteils in Eingriff halten, wobei jede Mutter mit einer Sicherung versehen ist, welche die Mutter gegen eine Relativdrehung gegenüber dem Wellenabschnitt festlegt.run one shaft section and the corresponding tapered surfaces of the rings or the other Hold the shaft part in engagement, each nut is provided with a lock which the nut against relative rotation with respect to the shaft section.

Die Muttersicherung kann aus zwei achsial beweglichen Teilen bestehen, die mit mehreren achsial verlaufenden Keilnuten versehen sind und mit weiteren Keilnuten der Muttern zusammenwirken, wobei eine Muttersicherung mit einer federbelasteten Plungeranordnung zusammenwirkt, um es gegen Achsialverschiebung oder Drehung zu sichern.The nut lock can consist of two axially movable parts exist, which are provided with several axially extending keyways and cooperate with further keyways of the nuts, a nut lock cooperating with a spring loaded plunger assembly to prevent axial displacement or to secure rotation.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. In the drawing show:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einem teilweise aufgebrochenen Gehäuse, welches schematiseh die erfindungsgemäße Kupplung erkennen läßt;1 is a schematic view of a gas turbine jet engine with a partially broken housing, which schematically shows the invention Clutch can be recognized;

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt der erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplungseinrichtung.2 shows, on a larger scale, a section of the coupling device designed according to the invention.

Das in Figur 1 dargestellte Gasturbinenstrahltriebwerk 10 besitzt in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor 12, einen Hochdruckkompressor 13.» eine Verbrennungseinrichtung 14, eine Hochdruckturbine 15 und eine Niederdruckturbine l6, an die sich die Abgasdüse anschließt. Der Kompressor 12 und die Turbine 16 sind auf einer gemeinsamen Welle gelagert, die allgemein mit dem BezugszeichenThe gas turbine jet engine 10 shown in FIG. 1 has a low-pressure compressor one behind the other in the direction of flow 12, a high pressure compressor 13. » a combustor 14, a high pressure turbine 15, and a Low-pressure turbine l6, to which the exhaust nozzle is connected. The compressor 12 and the turbine 16 are on a common Shaft mounted, generally designated by the reference number

5 U 3 3 1 6 / U 7 3 25 U 3 3 1 6 / U 7 3 2

17 bezeichnet ist. Der Hochdruckkompressor I3 und die Hochdruckturbine I5 sind über eine weitere, gemeinsame in der Zeichnung nicht dargestellte Welle verbunden.17 is designated. The high pressure compressor I3 and the High pressure turbine I5 are about one more, common Shaft not shown in the drawing connected.

Figur 2 zeigt in größerem Maßstab die Welle I7 in ihrem Kupplungsabschnitt. Die Kupplung besteht dabei aus zwei koachsial zueinander angeordneten Hauptwellenabschnitten 18 und 19, die drehfest miteinander über Keilnuten bzw. Federn 20 und 21 verbunden sind. Die Wellenabschnitte 18 und I9 werden gegen eine relative Achsialbewegung mittels zweier konisch ausgebildeter Klemmhülsen 22 und 25 gesichert, deren Konusflächen mit Konusflächen 24 und 25 zusammenwirken, welche auf der inneren Oberfläche des Wellenabschnitts 18 ausgebildet sind. Unter der Bezeichnung "verjüngt" oder "konisch" soll hierbei jede Oberfläche verstanden werden, deren radiale Abmessung über die achsiale Länge ansteigt, d.h. es können auch gekrümmte Konusflächen benutzt werden. Die Klemmhülsen 22 und 23 werden in Berührung mit der WelleFigure 2 shows the shaft I7 in its larger scale Coupling section. The coupling consists of two main shaft sections 18 arranged coaxially to one another and 19, which are rotationally fixed to one another via keyways and springs 20 and 21 are connected. The shaft sections 18 and I9 are secured against relative axial movement by means of two conical clamping sleeves 22 and 25, the Conical surfaces interact with conical surfaces 24 and 25, which are formed on the inner surface of the shaft portion 18. Under the label "tapered" or "Conical" is to be understood here as any surface whose radial dimension increases over the axial length, i.e. curved conical surfaces can also be used. The clamping sleeves 22 and 23 are in contact with the shaft

18 gebracht und abschließend durch Muttern 26 und 27 gesichert, die mit Gewindeabschnitten 28,29 auf dem Wellenabschnitt 19 zusammenwirken.18 brought and finally secured by nuts 26 and 27, which cooperate with threaded sections 28, 29 on the shaft section 19.

Die Muttern 26 und 27 können gegen Verdrehen gesichert werden. Die Sicherung für die Mutter 26 besteht aus einem Ring 30, der mit einem ersten Paar von radial nach außen vorstehenden Keilzähnen 3I, die mit radial nach innen gerichteten Keilnuten 32 zusammenwirken, die an der Mutter 26 angeordnet sind. Außerdem ist eine zweite Gruppe radial nach außen vorstehender Keilzähne 33 vorgesehen, die mit einer Gruppe radial nach innen gerichteter Keilnuten zusammenwirken, die am Innendurchmesser des Wellenabschnitts 19 angeordnet sind.The nuts 26 and 27 can be secured against twisting. The fuse for the nut 26 consists of a ring 30, the one with a first pair of radially outwardly projecting spline teeth 3I, the one with radially inwardly directed splines 32 cooperate, which are arranged on the nut 26. In addition, a second group is more protruding radially outward Spline teeth 33 are provided which cooperate with a group of radially inwardly directed splines which are arranged on the inner diameter of the shaft section 19.

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4 5 O 414 5 O 41

Der Ring 30 wird in üblicher Weise in achsialer Richtung durch weitere Teile des Triebwerksaufbaus gesichert, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Jedoch könnte er auch dadurch achsial gesichert werden, daß ein Paßsitz innerhalb des Wellenabschnitts 19 vorgesehen ist oder daß ein herkömmlicher Verriegelungsfederring Anwendung findet.The ring 30 is in the usual way in the axial direction secured by other parts of the engine structure that are not shown in the drawing. However, he could can also be axially secured in that a snug fit is provided within the shaft section 19 or that a conventional locking spring washer is used.

Die zweite Mutter 27 kann ebenfalls gegen Relativdrehung gegenüber dem Wellenabschnitt 19 mittels eines zylindrischen Körpers 34 gesichert werden, der mit radial nach innen einstehenden Keilzähnen 35 versehen ist, die ihrerseits mit einer weiteren Gruppe von Keilnuten in Eingriff stehen, die auf dem äußeren Umfang der Mutter 27 angeordnet sind. Der zylindrische Körper 3^ ist seinerseits mittels eines sekundären zylindrischen Körpers 3β und zwei Gruppen von miteinander in Eingriff stehenden Keilzähnen bzw. Keilnuten 37 und 38 gesichert. Der zylindrische Körper 3^ ist ebenfalls gegen eine achsiale Relativbewegung durch eine federbelastete Stiftanordnung gesichert, die innerhalb des zweiten zylindrischen Körpers 36 angeordnet und allgemein mit dem Bezugszeichen 39 versehen ist. Dieser Stift wirkt mit einer im ersten zylindrischen Körper J>K befindlichen Bohrung im Sinne einer Verriegelung zusammen. Dabei sind mehrere öffnungen im Winkelabstand versetzt angeordnet und es wird jeweils diejenige öffnung zum Einfallen des Stiftes herangezogen, Vielehe für die gewünschte Fixierung die richtige Winkellage hat.The second nut 27 can also be secured against relative rotation with respect to the shaft section 19 by means of a cylindrical body 34 which is provided with radially inwardly projecting spline teeth 35 which in turn engage with a further group of splines which are on the outer periphery of the nut 27 are arranged. The cylindrical body 3 ^ is in turn secured by means of a secondary cylindrical body 3β and two sets of intermeshing splines 37 and 38, respectively. The cylindrical body 3 ^ is also secured against an axial relative movement by a spring-loaded pin arrangement which is arranged inside the second cylindrical body 36 and is generally provided with the reference number 39. This pin interacts with a bore located in the first cylindrical body J> K in the sense of a lock. In this case, several openings are arranged offset at an angular distance and that opening is used for the insertion of the pin in each case, which is the correct angular position for the desired fixation.

Durch die Erfindung wird eine relativ einfache Möglichkeit einer achsialen Einstellung der beiden Wellenabschnitte relativ zueinander innerhalb des Gasturbinenstrahltriebwerks. Die Klemmbüchse 22 kann ganz einfach dadurch eingestellt werden,The invention provides a relatively simple option an axial adjustment of the two shaft sections relative to one another within the gas turbine jet engine. the Clamping sleeve 22 can easily be adjusted by

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daß der Verriegelungsring 30 entfernt und dann ein geeigneter Spanner eingeführt wird, der mit den auf der Mutter 26 vorgesehenen Keilverzahnungen zusammenwirkt. Durch Drehung der Mutter kann die Klemmbüchse achsial relativ zur Welle 19 verschoben werden.that the locking ring 30 is removed and then a suitable tensioner is inserted, which with those on the nut 26 provided splines cooperate. By turning the nut, the clamping sleeve can be axially relative to the shaft 19 be moved.

Die Achsialverschiebung der Klemmbüchse 23 wird auf andere Weise bewirkt. Zunächst ist es notwendig den federbelasteten Plunger 38 derart niederzudrücken, daß der zylindrische Körper 34 achsial gegenüber den Wellenabschnitten 18 und 19 gelegt wird, bis die Keilverzahnung 40 auf dem zylindrischen Körper 34 in Eingriff mit den Keilverzahnungen 41 gelangt, die an einem weiteren zylindrischen Körper 42 ausgebildet ist, der seinerzeit durch ein Lager 43 abgestützt ist. Die Achsialbewegung des zylindrischen Körpers 34 bringt auch die Keilverzahnungen 37 außer Eingriff, so daß der zylindrische Körper 34 und die Mutter 29, die mit dem zylindrischen Körper 34 durch Keilverzahnung verbunden ist, frei drehbar gegenüber der Welle 19 wird, auf v/elcher die Mutter mittels des Gewindeabschnitts 29 gelagert ist. Daraus ergibt sich, daß die Drehbewegung des zylindrischen Körpers 42 über die Keilverzahnung 40 und 41 und den zylindrischen Körper 34 auf die Mutter 27 übertragen wird, die eine achsiale Versetzung der Klemmbuchse 23 gegenüber der Welle I9 ermöglicht.The axial displacement of the clamping sleeve 23 is due to others Way effected. First, it is necessary to depress the spring-loaded plunger 38 so that the cylindrical Body 34 axially with respect to shaft sections 18 and 19 is placed until the splines 40 on the cylindrical body 34 engages with the splines 41, which is formed on a further cylindrical body 42 which at the time was supported by a bearing 43. the Axial movement of the cylindrical body 34 also brings the Splines 37 disengaged so that the cylindrical body 34 and the nut 29 that are connected to the cylindrical body 34 is connected by splines, freely rotatable opposite of the shaft 19, on which the nut is mounted by means of the threaded section 29. It follows that the rotary motion of the cylindrical body 42 via the splines 40 and 41 and the cylindrical body 34 onto the nut 27 is transmitted, which enables an axial displacement of the clamping sleeve 23 relative to the shaft I9.

Nachdem irgendeine erforderliche Einstellung durchgeführt ist, wird der zylindrische Körper 34 achsial derart versetzt, daß der federbelastete Stift 39 radial nach außen in eine entsprechende Öffnung des zylindrischen Körpers 34 einfällt und die Baugruppe kann dann mittels eines Spanners gegenüber der · Mutter 26 in geeigneter Weise festgeklemmt werden, wobei derAfter any necessary adjustment has been made, the cylindrical body 34 is axially displaced such that the spring-loaded pin 39 falls radially outwardly into a corresponding opening of the cylindrical body 34 and the assembly can then be clamped in a suitable manner with respect to the nut 26 by means of a tensioner, the

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ringförmige Verriegelungskörper 30 danach ersetzt wird um der Keilverzahnung auf der Mutter 26 bzw. der Keilverzahnung 33 auf der Welle 19 zu entsprechen.annular locking body 30 is then replaced around the spline on the nut 26 or the Splines 33 on shaft 19 to match.

Durch Anordnung der Klemmhülsen 22 und 23 wird eine Biegung oder eine gelenkige Verschwenkung der beiden Wellenabschnitte im Kupplungsbereich ausgeschaltet.By arranging the clamping sleeves 22 and 23 there is a bend or an articulated pivoting of the two shaft sections in the coupling area is switched off.

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Claims (5)

Patentansprüche :Patent claims: 1. Wellenkupplung zwischen einem ersten Wellenabschnitt und einem zweiten Wellenabschnitt, von denen der erste Wellenabschnitt hohl ausgebildet ist und eine aehsialverlaufende Teilverzahnung besitzt, die mit einer entsprechenden Keilverzahnung am äußeren Umfang des anderen Wellenabschnitts in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenabsohnitte 18, 19 durch Bauteile 22, 2p gegen achsiale Verschiebung relativ zueinander gehindert sind und daß diese Bauteile 22,25 auf dem einen Wellenabschnitt 19 angeordnet und mit sich verjüngenden Oberflächen ausgestattet sind, die mit entsprechend verjüngt ausgebildeten Oberflächen 24,25 des anderen Wellenabschnitts 18 zusammenwirken und daß eine Einrichtung 26-39 vorgesehen ist, um die ringförmigen Bauteile 22,23 auf dem ersten Wellenabschnitt 19 zu verschieben und zu verriegeln.1. Shaft coupling between a first shaft section and a second shaft section, of which the first shaft section is hollow and one axially extending Has partial teeth that are matched with a corresponding spline engages on the outer circumference of the other shaft section, characterized in that the shaft section 18, 19 by components 22, 2p against axial Displacement relative to one another are prevented and that these components 22, 25 are arranged on one shaft section 19 and are provided with tapered surfaces with correspondingly tapered surfaces 24, 25 of the other shaft section 18 cooperate and that a device 26-39 is provided to the annular components 22,23 to move on the first shaft section 19 and lock. 2. Wellenkupplung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkörper 22*23 am Wellenabschnitt 19 durch Muttern 26, 27 gesichert sind^ die in Gewinde 28^,29 des einen Wellenabschnitts 19 eingreifen,, um die einander entsprechenden sich verjüngenden Oberflächen der Ringe 22 und 23 zusammenzudrücken und daß Verjüngungen 24 .,2.5 auf dem anderen Wellenabschnitt 18 in Singriff mit jeder Mutter 26,27 stehen, die mit Sicherungen versehen, sind., die die Muttern 26,27 gegenüber eine? Relativdreiiung auf den Wellanabsohnifcten festlegen. 2. Shaft coupling according to claim 1, characterized in that the ring bodies 22 * 23 on the shaft section 19 by nuts 26, 27 are secured ^ those in thread 28 ^, 29 of one shaft section 19 to press the corresponding tapered surfaces of rings 22 and 23 together and that tapers 24., 2.5 on the other shaft section 18 stand in singriff with each nut 26,27, which are provided with securing devices, which are opposite the nuts 26,27 one? Determine relative tripling on the Wellan absohnifcten. 3. Wellenkupplung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Muttersicherung zwei aehsial verschiebbare Körper 33*34 aufweist, die mit einer Keilverzahnung 30-35 versehen sind,3. Shaft coupling according to claim 2, characterized in that the nut lock has two axially movable bodies 33 * 34 which are provided with a spline 30-35, Γ" Π A O "ι f% f HT, εΊ e^- *Ί> Γ "Π AO" ι f % f HT, ε Ί e ^ - * Ί> b υ 9 8 I ο / ü / .j 2b υ 9 8 I ο / ü / .j 2 2U50412U5041 die rait einer weiteren Keilverzahnung 51-37 auf den Muttern 26,27 zusammenwirkt.the rait another spline 51-37 on the Nuts 26,27 cooperates. 4. Wellenkupplung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die eine Muttersicherung 34 mit einem federbelasteten Stift 39 versehen ist, um eine Verriegelung sowohl in achsialer Richtung als auch in Drehrichtung zu bewirken. 4. Shaft coupling according to claim 3, characterized in that that the one nut lock 34 with a spring-loaded Pin 39 is provided to effect a locking both in the axial direction and in the direction of rotation. 5. Wellenkupplung nach den Ansprüchen 1-4 gekennzeichnet durch ihre Anwendung zur Verbindung von zwei getrennten Abschnitten der Hauptwelle eines Gasturbinenstrahltriebwe rks♦5. Shaft coupling according to claims 1-4 characterized by its application for connecting two separate ones Sections of the main shaft of a gas turbine jet engine ♦ 509816/Ü732509816 / Ü732 ι /0- ι / 0 - LeerseiteBlank page
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